清華新聞網(wǎng)10月6日電 自動(dòng)語(yǔ)音識(shí)別技術(shù)有助于提高人民的生活質(zhì)量，但是該技術(shù)難以適用于失聲患者或環(huán)境噪音較大等情況。為拓展語(yǔ)音識(shí)別技術(shù)的使用場(chǎng)景，可應(yīng)用生理信號(hào)進(jìn)行語(yǔ)音識(shí)別，但是目前該領(lǐng)域使用單一種類(lèi)的生理信號(hào)進(jìn)行語(yǔ)音識(shí)別，存在佩戴電極數(shù)量多、識(shí)別準(zhǔn)確率低等問(wèn)題。
清華大學(xué)集成電路學(xué)院任天令教授團(tuán)隊(duì)根據(jù)語(yǔ)音的生成機(jī)制開(kāi)發(fā)了一種基于石墨烯的融合肌電電極和力學(xué)傳感器的雙生物通道傳感器（DGEMS）用于采集佩戴者說(shuō)話(huà)時(shí)下頜部和喉部的肌電信號(hào)和力學(xué)信號(hào)，其中肌電電極和力學(xué)傳感器均通過(guò)激光直寫(xiě)聚酰亞胺薄膜制備，石墨烯肌電電極比商業(yè)肌電電極具有更高的信噪比和更低的電極-皮膚阻抗，石墨烯力學(xué)傳感器具有極高的穩(wěn)定性，在千萬(wàn)次疲勞測(cè)試后依舊可以感知力學(xué)變化。
語(yǔ)音生成機(jī)制和傳感器工作原理、肌電信號(hào)和力學(xué)信號(hào)頻譜及語(yǔ)音識(shí)別性能圖
肌電信號(hào)和力學(xué)信號(hào)在頻譜上具有不同的特征，肌電信號(hào)的能量主要集中在高頻部分，力學(xué)信號(hào)的能量集中在低頻部分，融合兩種不同種類(lèi)的生理信號(hào)進(jìn)行語(yǔ)音識(shí)別可以減少電極佩戴數(shù)量并提升識(shí)別準(zhǔn)確率。整個(gè)識(shí)別系統(tǒng)包含兩個(gè)貼片，每個(gè)貼片輸出一路肌電信號(hào)兩路力學(xué)信號(hào)。該工作在包含數(shù)字0-9的數(shù)據(jù)集中實(shí)現(xiàn)100%的識(shí)別率，在包含71個(gè)單詞的擴(kuò)展數(shù)據(jù)集中實(shí)現(xiàn)96.85%的識(shí)別率，該結(jié)果是目前在最大的孤立詞數(shù)據(jù)集上實(shí)現(xiàn)的最高的識(shí)別準(zhǔn)確率。此外，使用該方法進(jìn)行語(yǔ)音識(shí)別還具有較高的抗噪特性，在70dB的外界環(huán)境噪音下，也可實(shí)現(xiàn)95%以上的識(shí)別率。以上研究表面基于雙生物通道的融合傳感器在復(fù)雜的語(yǔ)音識(shí)別應(yīng)用環(huán)境中具有重要的發(fā)展?jié)摿Α?/p>
上述相關(guān)成果以“使用基于石墨烯的肌電-力學(xué)傳感器的仿生雙通道語(yǔ)音識(shí)別”（Bioinspired dual-channel speech recognition using graphene-based electromyographic and mechanical sensors）為題，于10月3日在線(xiàn)發(fā)表在《細(xì)胞報(bào)告·物理科學(xué)》（Cell Reports Physical Science）上。
論文的通訊作者為清華大學(xué)集成電路學(xué)院任天令教授、田禾副教授和楊軼副教授，清華大學(xué)集成電路學(xué)院田禾副教授、2020級(jí)博士生李驍時(shí)、2020級(jí)博士生韋雨宏為共同第一作者。該項(xiàng)目得到了國(guó)家自然科學(xué)基金委、科技部、北京市自然基金委、北京信息科學(xué)與技術(shù)國(guó)家研究中心等的支持。
近年來(lái)，任天令團(tuán)隊(duì)致力于二維材料的基礎(chǔ)研究和實(shí)用化應(yīng)用的探索，尤其關(guān)注研究突破傳統(tǒng)器件限制的新型微納電子器件，在新型石墨烯聲學(xué)器件和各類(lèi)傳感器件方面已取得了多項(xiàng)創(chuàng)新成果。先后在《自然》（Nature）、《自然·電子》（Nature Electronics）、《自然·通訊》（Nature Communications）等知名期刊以及國(guó)際電子器件會(huì)議（IEDM）等領(lǐng)域內(nèi)頂級(jí)國(guó)際學(xué)術(shù)會(huì)議上發(fā)表多篇論文。
論文鏈接：
https://www.cell.com/cell-reports-physical-science/fulltext/S2666-3864(22)00369-1
供稿：集成電路學(xué)院
題圖設(shè)計(jì)：梁晨
編輯：李華山
審核：呂婷
